Obiettivi: Concetti di OTTICA

Nel  Blog di Atik sono stati presentati diversi articoli riguardo gli obiettivi da utilizzare in diverse situazioni. Oggi invece parleremo di alcuni concetti  che sono alla base di questi “dispositivi”, concetti legati all’utilizzo di lenti e che si rifanno alla teoria dell’Ottica. Ma partiamo da un prima domanda:

Perché  riusciamo a vedere un oggetto?

Per rispondere a questa domanda dobbiamo considerare il fatto che una sorgente luminosa (esempio il sole) emette una serie di radiazioni (luce visibile, infrarosso, ecc ).  Tra queste, siamo interessati a quelle che fanno parte della luce visibile.

Fig. 1 – Luce Visibile

Quando una radiazione luminosa colpisce un oggetto, le caratteristiche, a livello  atomico, molecolare, ecc, dell’oggetto stesso fa si che una parte di tali radiazioni siano assorbite ed un’altra parte sia riflessa. Ebbene le radiazioni riflesse determinano il colore  dell’oggetto.  In questo modo noi vediamo ciò che ci circonda (anche se in modo soggettivo).

Ma cosa accade quando queste radiazioni attraversano una lente?

Secondo la teoria dell’ottica, possiamo rappresentare il percorso di tali radiazioni con delle linee. Utilizzando tale rappresentazione possiamo evidenziare il comportamento di una lente.

Supponiamo di considerare un punto di questo oggetto che riflette tali radiazioni.

Si può vedere che le radiazioni, seguendo percorsi  diversi , colpiscono la lente in punti diversi  e, sia per la forma della lente e sia per il fenomeno di rifrazione, convergono in un unico punto per  formare la sua “immagine”.

Fig. 2 – Lente Convessa

Fig. 3 – Lente Biconvessa

In particolare, per il punto A, che si trova ad una distanza maggiore rispetto al punto B, si ha un immagine “A’”. Per il punto B, abbiamo l’immagine “B’”.  Come si può notare l’immagine B’ risulta più “grande” dell’immagine A’,  proprio perché più vicina.

In oltre, in figura,  la line orizzontale (verde) rappresenta l’asse ottico della lente, F  e F’ sono i fuochi della lente biconvessa e CF è la lunghezza focale.

Ma dove deve essere posizionato il CCD?

Il CCD deve trovarsi dove è l’immagine di interesse. In particolare si troverà vicino al fuoco F per creare un immagine della grandezza del CCD usato (1/2’’,1/3’’, 1/3’’, ….) .

Ma quale è la funzione dello Zoom e della messa a Fuoco?

Su wikipedia è possibile trovare la seguenti immagini:

Fig. 4 – Zoom e Fuoco

Come si può notare, nella figura precedente viene evidenziata la parte delle lenti che realizzano lo Zoom e quella che realizza la messa a fuoco.

Fig. 5 – Principio dello Zoom

In particolare è possibile notare il comportamento dello Zoom. Qui sono presenti due lenti biconvesse ed una biconcava. Nella realtà si possono trovare più sequenze di lente, ma il principio è lo stesso. Vediamo le diverse situazioni.

Nel nostro caso , quando L1 e L2 combaciano, si sta realizzando il massimo zoom. In effetti i “raggi” (che arrivano a destra) si allargano permettendo un ingrandimento della zona centrale inquadrata dalla lente L1. Successivamente, la lente L2 viene distaccata dalla L1 e spostata verso destra. Qui i raggi tendono ad avvicinarsi. Spostando ancora L2 fino a farla combaciare con L3, si ottiene il massimo grandangolo possibile: i raggi sono densi.

Per quanto riguarda  la messa a fuoco invece, analizzando la Fig. 4, la Lente Biconvessa verrà spostata portando i diversi raggi di un punto dell’oggetto a convergere sullo stesso punto, ottenendo un immagine nitida ossia una buon messa a fuoco.

Le lenti però sono soggette comunque a delle distorsioni proprio per la forma a curva che ha la lente esterna. Tra  queste ricordiamo la distorsione a Barile  e quella a Cuscino. Entrambi sono più frequenti nel caso di obiettivi varifocal. La prima distorsione si può verificare nel caso in cui si cerca di avere un grandangolo, mentre la seconda nel caso di uno zoom a limite per la successione delle lenti presenti.

La sfericità della lente (grandangolo) determina una figura di questo tipo:

Fig. 6 – Distorsione a Barile

mentre nel caso di un forte zoom:

 Fig. 7 – Distorsione a Cuscino

Queste rappresentano solo alcune delle problematiche che coinvolgono la struttura “Lenti”. Ciò ci dice che la scelta di un obiettivo quindi, non dipende solo dal conoscere le lunghezze focali necessarie ai nostri scopi, ma anche dalla conoscenza della qualità delle lenti.